Ingenieros del MIT han desarrollado un recolector de agua atmosférica que produce agua potable en cualquier lugar, incluso en el reseco Valle de la Muerte
En la actualidad, 2.200 millones de personas en el mundo carecen de acceso a agua potable. La creciente necesidad de agua potable está agotando recursos tradicionales como ríos, lagos y embalses.
Para mejorar el acceso a agua potable segura y asequible, los ingenieros del MIT están recurriendo a una fuente no convencional: el aire. La atmósfera terrestre contiene millones de miles de millones de galones de agua en forma de vapor. Si este vapor puede capturarse y condensarse de forma eficiente, podría suministrar agua potable limpia en lugares donde los recursos hídricos tradicionales son inaccesibles.
Con ese objetivo en mente, el equipo del MIT ha desarrollado y probado un nuevo captador de agua atmosférica y ha demostrado que captura eficazmente el vapor de agua y produce agua potable segura en toda una gama de humedades relativas, incluido el aire seco del desierto.
El nuevo dispositivo es un panel vertical negro, del tamaño de una ventana, fabricado con un material de hidrogel que absorbe el agua, encerrado en una cámara de cristal recubierta con una capa refrigerante. El hidrogel se asemeja a un plástico de burbujas negro, con pequeñas estructuras en forma de cúpula que se hinchan cuando el hidrogel absorbe el vapor de agua. Cuando el vapor capturado se evapora, las cúpulas vuelven a encogerse en una transformación similar a la del origami. El vapor evaporado se condensa en el cristal, donde puede fluir hacia abajo y salir a través de un tubo en forma de agua limpia y potable.
Ingenieros del MIT prueban un recolector pasivo de agua en el Valle de la Muerte, California. El dispositivo, del tamaño de una ventana, está hecho de un material de hidrogel inspirado en el origami (negro) que absorbe el agua del aire y la libera en tubos donde los investigadores pueden recoger la humedad como agua potable pura.
Crédito: Cortesía de los investigadores; MIT News
El sistema funciona por sí solo, sin fuente de energía, a diferencia de otros diseños que requieren baterías, paneles solares o electricidad de la red. El equipo hizo funcionar el dispositivo durante más de una semana en el Valle de la Muerte (California), la región más árida de Norteamérica. Incluso en condiciones de humedad muy baja, el dispositivo exprimió agua potable del aire a razón de hasta 160 mililitros (unos dos tercios de taza) al día.
El equipo calcula que varios paneles verticales, colocados en un pequeño conjunto, podrían abastecer pasivamente de agua potable a un hogar, incluso en entornos desérticos áridos. Es más, la producción de agua del sistema debería aumentar con la humedad, suministrando agua potable en climas templados y tropicales.
«Hemos construido un dispositivo a escala de un metro que esperamos desplegar en regiones con recursos limitados, donde incluso una célula solar no es muy accesible», afirma Xuanhe Zhao, catedrático Uncas y Helen Whitaker de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Civil y Medioambiental del MIT. «Es una prueba de viabilidad para ampliar esta tecnología de captación de agua. Ahora la gente puede construirla aún más grande, o convertirla en paneles paralelos, para suministrar agua potable a la gente y lograr un impacto real.»
Zhao y sus colegas presentan los detalles del nuevo diseño de captación de agua en un artículo publicado en la revista Nature Water. El autor principal del estudio es el antiguo postdoctorado del MIT «Will» Chang Liu, que actualmente es profesor adjunto en la Universidad Nacional de Singapur (NUS). Entre los coautores del MIT figuran Xiao-Yun Yan, Shucong Li y Bolei Deng, junto con colaboradores de otras muchas instituciones.
Los hidrogeles son materiales blandos y porosos compuestos principalmente de agua y una red microscópica de fibras poliméricas interconectadas. El grupo de Zhao en el MIT ha explorado principalmente el uso de hidrogeles en aplicaciones biomédicas, como revestimientos adhesivos para implantes médicos, electrodos blandos y flexibles y adhesivos para imágenes no invasivas.
«Gracias a nuestro trabajo con materiales blandos, una propiedad que conocemos muy bien es que el hidrogel absorbe muy bien el agua del aire», afirma Zhao.
Los investigadores están estudiando varias formas de captar el vapor de agua para obtener agua potable. Entre los más eficientes hasta ahora se encuentran los dispositivos fabricados con marcos metalorgánicos o MOF, materiales ultraporosos que también han demostrado captar el agua del aire seco del desierto. Pero los MOF no se hinchan ni se estiran al absorber agua y su capacidad de transporte de vapor es limitada.
Agua del aire
El nuevo cosechador de agua basado en hidrogeles del grupo aborda otro problema clave en diseños similares. Otros grupos han diseñado captadores de agua a partir de hidrogeles microporosos o nanoporosos. Pero el agua producida por estos diseños puede ser salada, lo que requiere un filtrado adicional. La sal es un material absorbente por naturaleza, y los investigadores incrustan sales (normalmente, cloruro de litio) en el hidrogel para aumentar la absorción de agua del material. El inconveniente, sin embargo, es que esta sal puede filtrarse con el agua cuando ésta se recoge.
El nuevo diseño del equipo limita considerablemente la fuga de sales. Dentro del propio hidrogel, incluyeron un ingrediente extra: el glicerol, un compuesto líquido que estabiliza de forma natural la sal, manteniéndola dentro del gel en lugar de dejar que cristalice y se escape con el agua. El propio hidrogel tiene una microestructura que carece de poros a nanoescala, lo que impide aún más que la sal se escape del material. Los niveles de sal en el agua que recogieron estaban por debajo del umbral estándar para el agua potable, y significativamente por debajo de los niveles producidos por muchos otros diseños basados en hidrogeles.
Además de ajustar la composición del hidrogel, los investigadores mejoraron su forma. En lugar de mantener el gel como una lámina plana, lo moldearon en forma de pequeñas cúpulas parecidas al plástico de burbujas, que aumentan la superficie del gel y la cantidad de vapor de agua que puede absorber.
Los investigadores fabricaron medio metro cuadrado de hidrogel y encerraron el material en una cámara de cristal similar a una ventana. Recubrieron el exterior de la cámara con una película de polímero especial, que ayuda a enfriar el cristal y estimula la evaporación del vapor de agua del hidrogel y su condensación en el cristal. Instalaron un sencillo sistema de tubos para recoger el agua a medida que fluye por el cristal.
En noviembre de 2023, el equipo viajó al Valle de la Muerte (California) e instaló el dispositivo como un panel vertical. Durante siete días, tomaron medidas a medida que el hidrogel absorbía vapor de agua durante la noche (el momento del día en que el vapor de agua en el desierto es más alto). Durante el día, con la ayuda del sol, el agua recogida se evaporaba del hidrogel y se condensaba en el cristal.
Durante este periodo, el dispositivo funcionó en toda una gama de humedades, del 21 al 88%, y produjo entre 57 y 161,5 mililitros de agua potable al día. Incluso en las condiciones más secas, el dispositivo cosechó más agua que otros diseños pasivos y algunos de alimentación activa.
«Éste es sólo un diseño de prueba de concepto, y hay muchas cosas que podemos optimizar», afirma Liu. «Por ejemplo, podríamos tener un diseño multipanel. Y estamos trabajando en una próxima generación del material para mejorar aún más sus propiedades intrínsecas»-
«Imaginamos que algún día se podría desplegar un conjunto de estos paneles, y la huella es muy pequeña porque son todos verticales», dice Zhao, que tiene planes para seguir probando los paneles en muchas regiones con recursos limitados. «Entonces se podrían tener muchos paneles juntos, recogiendo agua todo el tiempo, a escala doméstica».
REFERENCIA
Fuente: MIT News
Imagen: Primer plano de un nuevo material de hidrogel inspirado en el origami, diseñado por ingenieros del MIT, que se hincha para absorber el agua del aire. Cuando el agua se condensa fuera del material para ser recogida, las esferas individuales de hidrogel vuelven a encogerse para capturar más humedad. Crédito: Cortesía de los investigadores
